專利名稱：一種高性能熱電轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及隔熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種高性能熱電轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器(AMTEC)是指將熱量和電荷的物質(zhì)不經(jīng)過機(jī)械傳動而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的最新成就之一。堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換其特點(diǎn)是體積小、 重量輕、無運(yùn)動部件、無噪聲、可靠性高、無需維護(hù)、高效率和高功率密度等令人矚目的特點(diǎn)。主要適用于核能、化石能、太陽能等多種形式的熱源，在航空航天、地面、深水等空間領(lǐng)域，都有很好的應(yīng)用前景。在現(xiàn)有的堿金屬熱電轉(zhuǎn)換過程中，由于堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器(AMTEC)是能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，熱量利用率的高低直接決定著其發(fā)電效率。如何將熱電轉(zhuǎn)換過程中高溫端的熱量輻射損失降到最低是目前迫切需要解決的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種減少高溫端的熱量損失、提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率的高性能熱電轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為一種高性能熱電轉(zhuǎn)換器，包括與高溫端10連接的熱盤1、與低溫端5連接的冷凝器4、上端與冷凝器4密封連接且下端與熱盤1密封連接的圓筒形厚熱壁3、設(shè)置在厚熱壁 3軸線上端用于接收冷凝器液態(tài)工質(zhì)的回流芯體7、設(shè)置在厚熱壁3軸線下端用于接收回流芯體7的液態(tài)工質(zhì)并將其加熱蒸發(fā)成工質(zhì)蒸汽6的蒸發(fā)器9、設(shè)置在蒸發(fā)器9外圍的多個(gè) BASE管2、可將厚熱壁3內(nèi)的空間隔成上下兩部分的隔熱器8，其特殊之處在于所述隔熱器8包括隔熱罩11、至少一個(gè)拱形隔熱層14、限位支撐環(huán)13、球面支撐體 15、支撐體12 ；所述隔熱罩11包括拱形上端面和圓筒狀側(cè)面，其可將BASE管2與蒸發(fā)器9 包圍且圓筒狀側(cè)面與厚熱壁3之間留有空隙；所述隔熱層14設(shè)置在隔熱罩11的上端面的正上方，所述球面狀隔熱層14與隔熱罩11的上端面之間被位于中心的限位支撐環(huán)13和位于圓周的多個(gè)球面支撐件15定位緊固；所述限位支撐環(huán)13的中心用于穿過回流芯體7 ；所述多個(gè)支撐件12用于將隔熱罩11 固定于厚熱壁3上。上述隔熱罩11以及隔熱層14的內(nèi)壁上涂覆有輻射涂層。上述隔熱層14的數(shù)量為兩個(gè)，所述兩個(gè)隔熱層14上下疊放且中間設(shè)置有間隙，所述兩個(gè)隔熱層14之間被位于中心的限位支撐環(huán)13和位于圓周的多個(gè)球面支撐件15定位緊固。上述隔熱罩11采用在在真空條件下具有消氣特點(diǎn)的金屬及其合金。上述隔熱罩11采用鈮、鋯、鉿或其合金。[0014]上述輻射涂層為金屬銠。上述隔熱罩11下端為多孔結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型為堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器，可減小熱輻射損失，使高溫端與低溫端形成一定的溫度差、壓強(qiáng)差，提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率、輸出功率，為外界負(fù)載提供更平穩(wěn)、更可靠的功率輸出。2、本實(shí)用新型將隔熱蓋設(shè)置為拱形的，可有效的將堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器(AMTEC)高溫端10的熱輻射聚集，有效的降低了高溫端的熱量散發(fā)到低溫端。3、本實(shí)用新型在隔熱罩內(nèi)部采用金屬銠作為輻射涂層，能有效的將熱輻射聚集在隔熱罩內(nèi)，使整個(gè)轉(zhuǎn)換器中熱輻射16損失減小，提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率、輸出功率。

圖1為本實(shí)用新型堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器用隔熱器的主視圖；圖2為圖1的仰視圖；圖3為本實(shí)用新型隔熱器在堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器中的安裝示意圖及工質(zhì)蒸汽對流路徑圖；圖4為堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器的熱能輻射示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型隔熱器8主要結(jié)構(gòu)由隔熱罩11、球面狀隔熱層14、限位支撐環(huán)13、球面支撐體15、支撐體12組成。其本身具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于加工等優(yōu)點(diǎn)。該隔熱器8可有效的將堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器高溫端10的熱輻射16聚集，使BASE管2、蒸發(fā)器9、 熱盤1輻射出的熱量，以①一②一③一④一⑤一⑥一⑦一⑧的路徑對流，并通過隔熱罩11 內(nèi)部的防輻射涂層降低隔熱罩11自身熱輻射16損失，能有效地將熱能轉(zhuǎn)換為電能，能使整個(gè)轉(zhuǎn)換器中熱輻射16損失減小，工質(zhì)蒸汽流均勻，平穩(wěn)的流向低溫端5，以最大限度的提高熱量利用效率。堿金屬工質(zhì)蒸汽6在冷凝器4凝結(jié)，工質(zhì)以液態(tài)形式通過回流芯體7到達(dá)蒸發(fā)器9，如此循環(huán)。在其高溫端10與低溫端5形成一定的溫度差、壓強(qiáng)差，能更好的提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，為外界負(fù)載提供更平穩(wěn)、更可靠的功率輸出。隔熱器8下端隔熱罩11將BASE管2與蒸發(fā)器9包圍，頂端球面狀隔熱層14之間以中心限位支撐環(huán)13定位緊固，球面支撐體15支撐，外側(cè)采用支撐體12固定于厚熱壁3， 將其固定于整個(gè)堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器之中。BASE管2外壁還原的工質(zhì)蒸汽6在上升的時(shí)候遇到隔熱器8，蒸汽將會沿著隔熱罩壁11通過厚熱壁3與隔熱罩11之間的間隙上升到低溫端 5。在這個(gè)過程中，通過高溫端BASE管2、蒸發(fā)器9、熱盤1等以熱輻射形式輸出的熱量，在隔熱器8中經(jīng)過球面狀隔熱層14與隔熱罩11有效的將大部分熱量聚集在隔熱器8當(dāng)中， 用來減小堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部輻射熱16傳遞。這樣可以減小轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的總熱量損失， 降低低溫端5的溫度，提高BASE組件的工作溫度，防止工質(zhì)蒸汽6在BASE管2內(nèi)部形成凝結(jié)(防止轉(zhuǎn)換器內(nèi)部短路)，最后總體體現(xiàn)為熱電轉(zhuǎn)換效率與輸出功率的提高。本實(shí)用新型的隔熱罩11和球面狀隔熱層14采用耐1000K以上的金屬材料均可，尤其是在真空條件下具有消氣特點(diǎn)的金屬及其合金(如鈮、鋯、鉿等)為佳。為了保證隔熱效果，使熱輻射16有效的轉(zhuǎn)換成電能，其隔熱罩11結(jié)構(gòu)可以嵌套(如球面狀隔熱層14)，即可采用一層或多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。隔熱罩11下端可加工多孔方式來有效的保證工質(zhì)蒸汽6流通，使工質(zhì)蒸汽6均勻、平穩(wěn)的流向低溫端5。 本實(shí)用新型的隔熱罩11內(nèi)部采用金屬銠作為輻射涂層，能有效的將熱輻射16聚集在隔熱罩11內(nèi)，使整個(gè)轉(zhuǎn)換器中熱輻射16損失減小，提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率和輸出功率。本實(shí)用新型堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器對于工質(zhì)蒸汽6的對流方式如圖3所。本實(shí)用新型堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器對于熱能輻射16方式如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種高性能熱電轉(zhuǎn)換器，包括與高溫端(10)連接的熱盤(1)、與低溫端( 連接的冷凝器G)、上端與冷凝器(4)密封連接且下端與熱盤(1)密封連接的圓筒形厚熱壁(3)、 設(shè)置在厚熱壁( 軸線上端用于接收冷凝器液態(tài)工質(zhì)的回流芯體(7)、設(shè)置在厚熱壁(3)軸線下端用于接收回流芯體(7)的液態(tài)工質(zhì)并將其加熱蒸發(fā)成工質(zhì)蒸汽(6)的蒸發(fā)器(9)、設(shè)置在蒸發(fā)器(9)外圍的多個(gè)BASE管O)、可將厚熱壁(3)內(nèi)的空間隔成上下兩部分的隔熱器(8)其特征在于所述隔熱器(8)包括隔熱罩(11)、至少一個(gè)拱形隔熱層(14)、限位支撐環(huán)(13)、球面支撐體(15)、支撐體(1 ；所述隔熱罩(11)包括拱形上端面和圓筒狀側(cè)面， 其可將BASE管⑵與蒸發(fā)器(9)包圍且圓筒狀側(cè)面與厚熱壁(3)之間留有空隙；所述隔熱層(14)設(shè)置在隔熱罩(11)的上端面的正上方，所述球面狀隔熱層(14)與隔熱罩(11)的上端面之間被位于中心的限位支撐環(huán)(1 和位于圓周的多個(gè)球面支撐件(1 定位緊固； 所述限位支撐環(huán)(13)的中心用于穿過回流芯體(7)；所述多個(gè)支撐件(12)用于將隔熱罩 (11)固定于厚熱壁(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述隔熱罩(11)以及隔熱層(14)的內(nèi)壁上涂覆有輻射涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述隔熱層(14)的數(shù)量為兩個(gè)，所述兩個(gè)隔熱層(14)上下疊放且中間設(shè)置有間隙，所述兩個(gè)隔熱層(14)之間被位于中心的限位支撐環(huán)(13)和位于圓周的多個(gè)球面支撐件(15)定位緊固。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述隔熱罩(11)采用在真空條件下具有消氣特點(diǎn)的金屬及其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述隔熱罩(11)采用鈮、 鋯、鉿或其合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述輻射涂層為金屬銠。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述隔熱罩(11)下端為多孔結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高性能熱電轉(zhuǎn)換器，包括與高溫端連接的熱盤、與低溫端連接的冷凝器、上端與冷凝器密封連接且下端與熱盤密封連接的圓筒形厚熱壁、設(shè)置在厚熱壁軸線上端用于接收冷凝器液態(tài)工質(zhì)的回流芯體、設(shè)置在厚熱壁軸線下端用于接收回流芯體的液態(tài)工質(zhì)并將其加熱蒸發(fā)成工質(zhì)蒸汽的蒸發(fā)器、設(shè)置在蒸發(fā)器外圍的多個(gè)BASE管以及隔熱器。本實(shí)用新型目的是提供一種減少高溫端的熱量損失、提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率的高性能熱電轉(zhuǎn)換器。提高堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率、輸出功率，為外界負(fù)載提供更平穩(wěn)、更可靠的功率輸出。
文檔編號H01M14/00GK202307541SQ201020669659
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉歡, 劉福杰, 王浩靜, 王磊濤, 王紅飛, 范立東 申請人:西安航科等離子體科技有限公司